2800mm中板加熱爐PLC升級改造

魏軍林　侯反修　王慧強

摘 要：詳細闡述了2800mm中板機組加熱爐基礎自動化由S5-135U PLC升級為S7-300 PLC的具體設計方案和實施方法，重點是該改造完成后的產生的良好應用效果及利用PLC實現節能改造。

關鍵詞： 加熱爐 ; PLC ; 節能

引言

2800mm四輥中板機組改造是安鋼九五計劃重點工程，自從一九九六年五月底投產以來，一些設備已不適合生產快速發展的需要，尤其是加爐區基礎自動化S5-135U系統暴露出的系列問題：1、模擬量輸出漂移過大，輸出不準確、精度低，導致變頻器速度振蕩。 2、在生產過程中，對程序修改和故障進行診斷過于煩鎖，不適應快節驟生產的需求。3、由于該系統PLC早期產品，備件準備困難且價格極為昂貴，不附合降本增效的要求。4：該系統功耗較大，發熱嚴重，機架電源風扇多次損壞，導致較長停車時間，影響了設備作業率5：程序編制繁瑣，不易看懂。6：區域間通訊能力差，導致與3#爐、粗軋區S7400PLC無法通訊，許多聯瑣實現比較困難，直接影響著軋制節奏的連續性。7：與變頻器、HMI通訊困難，無法實施上位監控。為了滿足生產需要我們決定將S5-135U PLC升級為S7-300 PLC.

1 S7-300 PLC簡介：SIMATIC S7-300一種通用性PLC，能適合自動化工程中的各種應用場合，它具有模塊化及無風扇的設計，堅固耐用，容易擴展和強大的通訊能力，分布式結構以及友好的用戶操作等特點，使SIMATIC S7-300成為工業領域中一種即經濟又切合實際的理想解決方案，其具有以下優點：循環周期短，處理速度高;指令功能強大、可用于復雜功能的邏輯運算;產品設計緊湊合理、可用于空間有限的場合;可根據所需選擇不同檔次的CPU;完善的故障監控與診斷功能;強大的系統功能 SFB及SFC;多種網絡通訊功能：主從CPU及MPI協議，PROFIBUS DP現場總線可掛ET200M及與傳動設備6RA70、6SE70、偉肯及ABB等變頻器通訊;標準工業以太網通訊協議。

2 改造方案設計及實施：

2.1硬件配置：電源6ES7-1EA00-0AA0四塊CPU 6ES7 315-2AG10-0AA0一塊;6GK7 343-1EX30-0XE0一塊，用于同上位機通訊;6GK7 342-5DA02-0XE0一塊，同偉肯變頻器DP通訊;接口模板6ES7 153-1AA03-0XB0三塊，三個ET200M DP通訊;DP耦合器6ES7 158-0AD01-0XA0一塊，用于同其它區域PLC通訊;導軌6ES7 390-1AF30-0AA0四塊;數字量輸入模板6ES7 321-1BL00-0AA0八塊，接收外圍指令信號;數字量輸出模板6ES7 322-1HF01-0AA0十一塊，輸出指令;模擬量輸出模板6ES7 332-5HD01-0AB0四塊，用于控制需模擬量調速的設備。見下圖：

2.2程序設計及實施：1）S7 PLC編程語言STEP 7 是用于SIMATIC S7-300/400 站創建可編程邏輯控制程序的標準軟件，可使用梯形圖、功能塊圖或語句表進行編程，其編程方式有線性編程、結構編程、模塊編程三種形式，為了簡化結構，我們采用了結構+模塊編程形式，對于工藝要求相同的設備，利用形參編制功能模塊進行條件調用，節省了程序掃描時間。2）將各設備的狀況通過CP341模板以以太網形式發送給上位機在HMI上實時顯示，并將速度、電流趨勢及報警歸檔，便于故障查詢及分析故障原因。3）通過CP342模板完成了對偉肯變頻器的DP通訊，減少了電纜施工量及電纜材料費用，增強了控制精度。4）通過DP耦合器完成與其他區域PLC進行數據交換，使得生產工藝更加流暢。5）利用S7-300強大的編程能力實施節能改造：2800mm中板線有3座加熱爐，3座加熱爐的出爐輥道共有11組輥道，每組輥道由1臺55KW電機驅動，在2#、3#爐出鋼時為聯動狀態，即2#爐出鋼時，1#爐3組輥道、運輸輥道、2#爐3組輥道共7組輥道，3#爐出鋼時共11組輥道同時動作、同時停止，轉動時間達到28S，實際每組輥道載荷時間只有2.5S，這種控制方法電機空轉時間達到25S左右，不但浪費電能，而且增加了電機及其機械設備的機械損耗，造成機械設備故障增多，備件費用較大。如何實現每組輥道在有鋼坯時自動轉動，無鋼坯時自動停止功能呢？實現這種功能的傳統方法是安裝熱金屬檢測器，但熱金屬檢測器價格昂貴，每組輥道增加一個熱金屬檢測器需11個，投資達到20萬元，不但增加了投資，而且增加了維護人員維護量。為了最大限度減少投資及達到節能目的，我們利用了PLC中的定時器實現了這個功能，方案如下：在操作臺增加一個自動/手動選擇開關，在選擇自動位置時利用定時器實現了輥道啟動時步進延時啟動，停止時延時步進停止，為了能精確的實現自動啟動、停止停功能，我們用秒表對出鋼時間進行了測量，排除啟動、停止時斜坡因素，使每組輥道轉動時間只有5S，只在有鋼時轉動，沒有鋼坯時停止，在3#爐出鋼時11組輥道節省空轉時間23S，2#爐出鋼時，7組輥道節省節省空轉時間13S，極大的節省了電耗，并延長了電機及輥道的機械壽命。在選擇手動位置時，電機隨主零控制器信號動作，主要用于檢修后試車或特殊需要時使用。

3 應用效果

爐區基礎自動化系統升級改造后，因HMI的實施，使得故障判斷、處理時間大大減少;PLC與變頻器DP通訊控制解決了因PLC輸出模擬量振蕩引起的設備動態特性不穩、速度振蕩、控制精度低的問題，降低了設備事故發生;不同區域PLC通訊的實現，使得工藝流程更加通暢，減少了操作事故的發生;先進的無風扇模塊化設計及出色的診斷能力，實現了免維護而無故障;出爐輥道節能程序的實現，每年直接節電達到了15萬元，電機更換周期由原來的3年下線維護，延長到6年下線維護，極大的延長了電機使用壽命，輥道減速箱等機械設備的機械損耗也有顯著降低，降低了維護人員的勞動強度，減少了備件費用，為中板機組各項指標的完成奠定了堅實的基礎。

參考文獻：

[1]西門子PLC編程手冊

[2]西門子S7 300選型手冊

作者簡介：

魏軍林（1970-）男 ，漢族， 河南省安陽市人，現供職于安陽鋼鐵有限責任公司第一煉軋廠，電工高級技師，擅長PLC、變頻器等電氣設備應用及故障處理.